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Verfahren und Vorrichtung zur Umsteuerung der Drehrichtung von Brennkraftmaschinen,
insbesondere von Zweitakt-Einspritzbrennkraftmaschinen Die Erfindung hat ein Verfahren
und eine Vorrichtung zur Umsteuerung der Drehrichtung von Brennkraftmaschinen zum
Gegenstand.
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Bekanntlich müssen für die Umkehr der Drehrichtung von ventilgesteuerten
Einspritzbrennkraftmaschinen die Ventilsteuerzeiten, der Einspritzzeitpunkt und
eventuell der Zündzeitpunkt etwa symmetrisch in bezug auf die innere Totpunktlage
des Arbeitskolbens der Maschine verlegt werden. Dies geschieht üblicherweise durch
sinngemäße Veränderung des Antriebes der Ladungswechselorgane sowie der Pumpen und
Anlaßgeräte.
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Bei Viertaktmaschinein wird zu diesem Zwecke die Nockenwelle entweder
unmittelbar von Hand oder mittelbar über Druckluft oder Drucköl verschoben, wobei
ein zweiter Nockensatz zum Eingriff kommt. Besonders bei mit Druckluft arbeitenden
Umsteuereinrichtungen werden dabei Einrichtungen zur Dämpfung des Umsteuerkolbens,
z. B. Ölbrernsen, vorgesehen. Es ist auch bekannt, das Verschieben der Nockenwelle
selbsttätig durch einen Steuerkolben zu bewerkstelligen, dessen Kopfenden über Leitungen
mit der Druckseite bzw. Saugseite der Schmierölpumpe des Motors in Verbindung stehen.
Bei Änderung der Drehrichtung wird Druck- und Saugraum der Schmierölpumpe vertauscht,
was eine Verschiebung des Steue:rko#lbens und damit auch der Nockenwelle bewirkt.
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Bei schlitzgesteuerten Zweitaktmaschinen ist eine Umsteuerung der
Drehrichtung einfacher, denn bei diesen entfällt naturgemäß jegliche Maßnahme bezüglich
der Steuerzeiten des Ein- und Auslasses. Weist die Maschine aber auch einen Auslaßdrehschieber
auf welchern die Aufgabe zukommt, die Auslaßkanäle abzuschließen, während oder bevor
noch die Einlaßschlitze durch den Arbeitskolben überdeckt werden, so ist jedoch
auch für diesen eine Änderung der Steuerzeiten erforderlich.
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Es ist bekannt, im Antrieb der Hilfseinrichtungen, wie Auslaßdrehschieber
und Einspritzpumpen, Schleppkupplungen vorzusehen, welche nach Art von Klauenkupplungen
klatenartige Kupplungselemente aufweisen, ffie je nach Drehrichtung zwei
um den erforderlichen Winkelbetrag versetzte Anschlagstellungen einnehmen können.
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Die Anwendung von Schleppkupplungen, welche die kostspieligen gesonderten
Nocken für den Vorwärts-und Rückwärtslauf sowie die zugehörige Schalteinrichtung
erspart, hat nun auch verschiedene Nachteile. Zum exakten Anliegen der Klauen in
des je-
weiligen Anschlagstellung ist das Vorhandensein einer Anpreßkraft
Voraussetzung. Diese Anpreßkraft ist je-
doch nur vorhanden, wenn über die
Schleppkupplung eine Leistungsübertragung vom Motor zum betreffenden Gerät stattfindet.
Ist dies z. B. bei Stillstand des Motors, einer Verzögerung des Motorlaufes oder
geänderten Reibungsverhältnissen nicht der Fall, so ist die Stellung der Klauen
der Schleppkupplung gegeneinander entweder unbestimmt, oder sie entspricht unter
Umständen sogar der dem Gegenlauf zugehörigen Lage. Hierdurch können Störungen beim
Anlassen und während des Betriebes sowie Schäden am Motor eintreten.
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Die während des Motorlaufes auftretenden Nachteile werden bei bekannten
Umsteuervorrichtungen dadurch vermieden, daß die Schleppkupplungen je
einen
Drehkolben mit zwei Anschlagstellungen aufweisen, wobei die beiden Endlagen der
Drehkolben dem Vorwärts- und Rückwärtsgang der Maschine entsprechen. Die Umstellung
der Drehkolben erfolgt hierbei mittels Drucköl aus einer besonderen Quelle, das
in die auf beiden Seiten der Drehkolben angeordneten Druckräume geleitet wird. Durch
diese
Maßnahme werden die Drehkolben der Schleppkupp-Itilig mit
Kraft in der jeweiligen Anschlagstellung gehalten, unabhängig davon, ob gerade über
die Schleppkupplung zum Gerät eine Leistungsübertragung stattfindet oder nicht.
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Zur Einsparung der kostspieligen eigenen Druckölquelle, welche mit
dem Motor immer in Betrieb gehalten werden muß, ist bei einer anderen Vorrichtung
zur Umsteuerung der Drehrichtung von Brennkraftmasch.inen auch schon vorgeschlagen
worden, das Drucköl dem Schiniersystein der Brennkraftmaschine zu entnehmen. Hierbei
ergibt sich aber der \Jachteil, daß immer dann, wenn kein oder kein genügender Druck
im Schmiersystem des Motors vorhanden ist, also vor und während des Anlassens, eine
Umsteuerung nicht möglich ist.
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Die Nachteile der bekannten Umsteuerungseinrichtungen werden erfindungsgemäß
dadurch vermieden, daß die Umsteuerung der Drebkolben durch Beaufschlagung derselben
mittels Druckluft und das Festhalten während des Betrieb-es mittels Drucköl aus
der Umlaufscbmierung des Motors erfolgt. Dadurch ist einerseits eine Umsteuerung
jederzeit, also auch bei stillstehendem Motor, möglich, und andererseits wird das
exakt-- Festhalten des Drehkolbens während des Betriebes mittels Drucköl gewährleistet,
ohne daß im Betrieb eine besondere DruckÖlquelle ,erforderlich wäre. Bei der Umsteuerung
mittels Druckluft bewirkt das auf der nicht mit Druckluft beaufschlagten Seite des
Drehkolbens befindliche Öl
eine Dämpfung des Umsteuervorganges.
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Bei einer bekannten Umsteuervorrichtung wird die Umsteuerwelle durch
einen hin- und heTgehenden Kolben verschoben, welcher durch 01 aus einem
mit Druckluft aus der Anlaßflasche beaufschlagten Behälter betrieben wird. Zur Erzielung
einer möglichst einfachen Bedienung wird darüber hinausgehend nach einem weiteren
Merkmal der Erfindung vorgeschlagen, das Druck@ atis der Umlaufsc1mierung zum Festhalten
der Drebkolben in den Anschlagstellungen und ein gemeinsames Organ zur Steuerung
der Druckluft zum Anlassen des Motors und für die Umstellung der Drehkolben sowie
die Verbindung der Räume hinter den nicht beaufschlagt-en Seiten der Drehkolben
mit der Außenluft durch eine einzige Steuerwalze zu steuern bzw. zu betätigen, welche
mit dem Bedienungshebel unmittelbar oder mittelbar in Verbindung stellt.
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Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher
erläutert. Es zeigt die Fig. 1 einen Axialschnitt durch eine Schleppkupplung
und die Fig. 2 hierzu einen Ouerschnitt nach der Linie II-II der Fig.
1; die Fig. 3 bis 5 zeigen eine Umsteuerungseinrichtung im
Schema, und zwar für die Bedienhebelstelltingen »Stopp«, »Anlassen voraus« und »Betrieb
voraus« für eine Vierzylinder-Zweitaktmaschine.
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Die Schleppkupplung (Fig. 1 und 2), welche die Verbindung der
Wellen 1 und 2, von denen eine die treibende und die andere. die getriebene
Welle ist, herstellt, weist einen Dreholben 3 auf, welcher mit der Welle
1 am Konus 4 durch den Keil 5 und mittels der Büchse 6 und
der Schraube 7 verdrehungssicher befestigt ist. Die Welle 1 ist in
einem Lagerkörper 8 gelagert, desen Innenraum gegenüber dem zylindrischen
Teil des Drehkolbens 3 durch einen Filzring 9 od. dgl. abgedichtet
ist. Zwischen dem Lager 10 und dem Drehkolben 3 sind Distanzscheiben
11 angeordnet, welche in ihrer Stärke je nach Bedarf variiert werden
können. Der Drehkolben 3 ist mit seinem freien Ende, welches einen seginentförmigen.
Ausschnitt 29 aufweist, in einem mit der Welle 2 fest verbundenen Gehäuse
12 angeordnet. Das Gehäuse 12 weist auf der einen Seite bei 13 einen Schlitz
auf, in welchein das radial nach innen ragende Widerlager 14 angeordnet und mittels
dreier Schrauben 15 festgeklemmt ist. Der Drehkolben 3 kann sich,
wie aus Fig. 2 ersichtlich ist. gegenüber dem Widerlag-er 14 um einen bestimmten
Winkelbetrag verdrehen, wobei er in den Endstellungen jeweils mit einer der beiden
Längsflächen 16 oder 17 satt auf dem Widerlager 14 aufliegt. Die Längsflächen
16 und 17 des Drehkolbens 3 weisen je
eine Hinterschneidung
18 bzw. 19 auf, in welche die durch den Drehkolben 3 Ilindurchführenden
ÖlzufÜhrungsleitungen 20 bzw. 21 ausmünden. Die Öl-
leitungen 20 bzw. 21 sind
über Bchrungen 23 bzw. 24 in der Welle 1 mit ringförmigen 'Nuten
25 bzw. 26
des Lagers 10 in Verbindung, welche wiederum durch
die Bohrungen 27 bzw. 28 nach außen führen.
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Wird durch eine der Bohrungen 27 oder 28 Druckmittel
zugeleitet und gleichzeitig die zweite Bohrung entlüftet, so verdreht sich der Drehkolben
3 relativ zum Gehäuse 12 nach der einen oder anderen Seite, bis er am Widerlager
14 anschlägt. Durch den Zentriwinkel des segmentfürmigen Ausschnittes
29 ist der mögliche Verdrehungswinkel des Drehkolbens 3
gegenüber dem
Gehäuse 12 bzw. der Welle 1 gegenüber der Welle 2 bestimmt.
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In den Fig. 3 bis 5 ist die Gesamtanordnung der Um-steuerungseinrichtung
unter Verwendung der vorstehend beschriebenen Schleppkupplung im Schema gezeigt,
und zwar für drei charakteristische Stellungen des Bedienhebels.
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Die Vierzylinder-Zweitaktmaschine ist durch den Zylinder
30, den Kolben 31, die Pleuelstange 32 und die Kurbelwelle
33 angedeutet. Mit 34 ist der Einlaßschlitz und mit 35 der Auslaßschlitz
bezeichnet. In der Auslaßleitung, welche zum Auspuffsammelrohr 37 führt,
ist ein Auslaßdrehschieber 38 angeordnet, der von der Kurbelwelle
33 ans über Zahnräder 39, 40 und 41, die Welle 2, die Schleppkupplung
3', 12" und die Welle 42 mit Kurbelwellendrehzahl angetrieben wird. Von der
Welle 2 aus wird über eine zweite Schleppkupplung3, 12 die Welle 1 der Kraftstoffeinspritzpumpe
43 angetrieben.
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Zur Steuerung der Maschine dient die Steuerwalze 44, "velche durch
den Bedienhebel 45 verdreht werden kann. Durch die Steuerwalze 44 wird für Vorwärts-und
Rückwärtslauf die Beaufschlagung der beiden Schleppkupplungen 3, 12 und
3', 12' mit Drucköl aus der Umlaufschmierung des Motors und der Anlaßvorgang
gesteuert und ferner die Regelstange 46 der Kraftstoffeinspritzpumpe 43, wenn erforderlich,
vermittels eines Nockens 68 und eines Gestänges 69 in die Stellung
für die Fördermenge Null gedrückt. Die Steuerung des Anlaßvorganges geschieht durch
einen auf der Steuerwalze 44 angebrachten Nocken 47, durch, welchen das Steuerhiftventil
48 entgegen der Feder 49 geöffnet werden kann, und ein-en zweiten Nocken
50, der üb#er ein Gestänge 51 und einen zweiarinigen Hebel
52 das auf der Welle 2 axial verschiebbare, aber damit drehfest verbundene
Nockenbündel 53 betätigt. Das Nockenbündel 53, welches je
Zylinder
für Vorwärts- und Rückwärtslauf einen eigenen Nocken aufweist, besitzt am rechten
Ende eine umlaufende Nut 54, in welche der zweiarmige Hebel 52 eingreift.
Entsprechend der Zylinderzahl sind über dem Nockenbündel 53 vier je von einer
Feder 55 von den Nocken weggedrückte Steuerschieber
56
angeordnet von denen in den Fig. 3 bis 5
einer dargestellt ist und
die Lage der üb#rigen nur angedeutet ist.
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Beim Anlassen des Motors wird durch das Steuerluftventil 48 die Preßluft
aus der Flasche 57 bzw. der Leitung 58 in den Raum 59 geleitet,
wobei das Hauptanlaßventil 60 über die Leitung 61 durch einen von
einer Feder 62 belasteten Hilfskolben 63 geöffnet wird. Durch den
Steuerschieber 56 wird gleichzeitig im Takt der Maschine über die Leitung
64 durch Preßluft das im Zylinderkopf angeordnete Anlaßventil 65 mittels
des durch eine Feder 66 belasteten Hilf sko#lbens 67 geöffnet. Aus
dem Raum 59 wird auch die Preßluft für die Beaufschlagung der Drehkolben
3 und 3' in den Sehleppkupplungen entnommen und durch die Steuerwalze44
je nach Drehrichtung der Leitung27 oder 28 zugeleitet. Die jeweils
freie Leitung 28 bzw. 27 wird, ebenfalls über die Steuerwalze 44,
mit der Atmosphäre verbunden.
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Bei Betrieb werden die Drehkolben 3, 3' anstatt mit Preßluft,
mit Drucköl beaufschlagt, welches aus der Druckschmierung über die Leitung
70 zugeführt und ebenfalls durch die Steuerwalze 44 gesteuert wird. Das auf
diese Weise in die Schleppkupplungen und in die Steuerleittingen gelangende
Öl bewirkt bei der Umsteuerung mit Preßluft gleichzeitig die notwendige Dämpfung
der Drehkolbenbewegung.
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Nachfolgend werden die Steuervorgänge bei den fünf Konimandostellungen
»Stopp«, »Anlassen vorans<,. »Betrieb voraus«, »Anlassen zurück« und »Betrieb
zttrück« an Hand der Schemabilder Fig. 3 bis 5
erläutert. Der besseren
übersicht wegen wurden einheitlich die Preßluft führenden Leitungen dicht punktiert,
die entlüfteten, also mit der Atmosphäre in Verbindung steh-enden Leitungen leicht
punktiert und die Öl führenden Leitungen gestrichelt.
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In der Stellung »Stopp« des Bedienhebels 45 bzw. der Steuerwalze 44
(Fig. 3) ist das Steuerluftventil 48 geschlossen, der Raum 59 ist
entlüftet und der Steuerschieber 56 vorn Nockenbündel abgehoben, daher ist
die Leitung 64 über di# Öffnung 71 ebenfalls mit der Atmosphäre verbunden
und das Anlaßventil 65 geschlossen. Die Räuine-z'u beiden Seiten der Drehko,11)en
3, 3' sind über die Leitungen 27, 28 und über die Steuerwalze44 durch
die Leitung72 entlüftet. Die Regelstange 46 der Kraftstoffe-inspritzpumpe 43 ist
durch den Nocken 68 auf Nullförderung -edrf ickt.
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In der Kommandostellung »Anlassen voraus« (Fig. 4) ist das Steuerluftventil
48 durch den Nocken 47 aufgedrückt, der Raum 59 unter Preßluftdruck und daher
das Hauptanlaßventil 60 geöffnet. Der Steuerkolbcn 56 wird durch den
Druck auf seine Stirnfläche gegen die Kraft der Feder 55 auf die Nockenb#ahn
gedrückt und verbindet die Leitung 64 im Takt der Maschine einmal mit dem Druckraum
59 und dann wieder mit der Atmosphäre über die öffnung 71. Über die
Leitung 27 und die Verbindungsleitung 73 in der Steuerwalze 44 werden
die beiden Drehkolben 3 und 3' einseitig mit Druckluft aus dem Raum
59 beaufschlagt und so in der »Voraus«-Ste:1-lung festgehalten, welche dem
mit Pfeilen b-ezeichneten Drehsinn der Maschine entspricht. Die Gegenseiten der
Drehkolben sind über die Leitung 28, die Steuerwalze und die Leitung
72 mit der Atmosphäre in Verbindung. Die Regelstange 46 der Kraftstoffeinspritzpumpe
43 ist durch den Nocken 68 auf Nullförderung gedrückt.
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Bei der Kornmandostellung des Bedienhebels »Betrieb voraus« (Fig.
5) sind das Steuerluftventil 48, das Hauptanlaßventil 60, das Anlaßventil
65 geschlossen und der Steuerschieber 56 vorn Nockenbündel
53
abgehoben. Diejenigen Seiten der Drehkolben 3, 3',
welche bei »Anlassen
voraus« (Fig. 3) mit Preßluft heaufschlagt -,verden, sind jetzt mit der Druckschrnierung
des Motors mittels der Leitung 70 über den Kanal 74 in der Steuerwalzc 44
in Verbindung. Die Rückseiten der Drehkolben sind wiederum über die Leitungen
28 und 72 mit der Atmosphäre in Verbindung. Die Regelstange46 der
Kraftstoffeinspritzpumpe43 ist durch den Nocken68 und das Gestänge 69 freigegeben.
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Die Kommandostellung »Anlassen zurück« unterscheidet sich von der
Kommandostellung »Anlassen voraus (Fig.4) lediglich dadurch, daß entsprechend dem
umgekehrten D#reh-sinn der Maschine das Nockenbündel 53 durch den Nocken
50 im Bilde nach rechts verschoben ist, wodurch die Steue#-schieber
56 auf den Nocken für Rückwärtslauf zu liegen kommen. Ferner sind die Drehkolben
3, 3' wieder auf jener Seite am Gehäuse 12, 12' zur AnIage gebracht, welche
bei dem geänderten Drehsinn der Schleplage entspricht. Dies ist durch Verbindung
des Druckraunies 59 über eine in der Steuerwalze 44 angeordnete Bohrung mit
der Leitung28 bewerkstelligt. Die Gegenseiten der Drehkolben 3, 3' sind über
die Leitungen 27 und 72 mit der Atmosphäre in Verbindung.
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Die Kommandiostellung »Betrieb zurück« unterscheidet sieh von derjenigen
für »Betrieb voraus« (Fig. 5) ebenfalls nur durch die Stellung des Nockenbündels
53 und dadurch, daß im vorliegenden Falle die Leitung 28 ÖIdruck führt
und die Leitung 27 en,tlüftet ist. Diese Leitungsführung wird durch weitere
Verbindungsleitungen in der Steuerwalze 44 bewerkstelligt.